1.2 总体设计方案
1.2.1 设计思路
题目要求设计一个翻版控制系统，通过对风扇转速的控制，调节风力的大小，
改变帆板转角θ。设计中采用单片机PWM波电机控制方式，使得控制风扇风力的大小，帆板受到风力的大小从而改变帆板偏转的角度θ，角度传感器把检测到帆板的偏转角度传给ATMEGA48单片机进行处理达到设计所需的要求再用键盘进行调整，用液晶显示屏进行显示。
1.2.2 方案论证与比较
1.电源的设计方案论证与选择
系统需要多个电源，ATMEGA328、L298、MMA7455都使用5V的稳压电源，电
机驱动需要24V电压。
方案一、采用LM2596开关电压调节器，能够输出3A的输出电流，同时具有很好的线性和负载调节特性，固定输出3.3V、5V、12V经过调整可输出小于37V的电压。
方案二、采用升压型稳压电路。用两片MC34063芯片分别将3V的电池电压进行直流斩波调压，得到5V和12V的稳压输出。只需使用两节电池，既节省了电池，又减小了系统体积重量，但该电路供电电流小，供电时间短，无法是相对庞大的系统稳定运作。
方案三、采用三端稳压集成7805与7824分别得到5V与24V的稳压电压。利用该方法方便简单，工作稳定可靠。
综上所述，选择方案三，采用三端稳压电路。
2.角度传感器的设计方案论证与选择
方案一、采用WDS35D4精密导电塑料角位移传感器，利用该传感器的输入端加上一个直流电压，在输出端得到一个直流电压信号，把角度位移的机械位移量转化成电压信号，用输出电压进行角度位移的控制。用此传感器只要测量导轨电阻两端的直流电压，不同的角度有不同的电阻值，通过电阻来算出角度，计算不方便。电刷在导轨上移动获得输出，数值越小，精度越高。该传感器的优点： 对环境条件要求低，线性精度高、分辨率高、动态的噪声小等优点，由于该传感器的各项精度都比较精细使其价格过高。
方案二、采用电位器进行调角：帆板转动时电位器跟着转动，电压随之发
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生变化，通过电压的值转换成角度值。但扭力过大，而且精度也不高。
方案三、采用MMA7455三轴加速度传感器，利用物体运动和方向改变输出信号的电压值，把检测到的信号传送给ATMEGA328的AD转化器进行转化与读取此输出信号。通过不同的角度，X、Y、Z三个方向的加速度输出不同，将电容值的变化转化为电压值，电容值的计算公式是：C=Ae/D，其中A是极板的面积，D是极板间的距离，e是电介质常数，再用反正弦函数把角度算出来，计算比较方便。该传感器的优点：线性精度高、体积小、工作可靠、标识清晰、扩展性好等优点。
综上所述，选择方案三，用MMA7455三轴加速传感器。
3.显示方式的选择
方案一、采用LED数码管显示。使用数码管动态显示，由于显示的内容较少，给人的视觉冲击不怎么的舒适，具有亮度高、工作电压低功耗小、易于集成、驱动简单等优点。但在此次设计中需要设定的参数种类多，使用LED数码管不能完成设计任务，不宜采用。
方案二、采用字符型LCD显示。可以显示英文及数字，利用程序去驱动液晶 显示模块，设计简单，且界面美观舒适，耗电小。 综上所述，选择方案二，用字符型LCD进行显示。
4.帆板的设计方案论证与选择
方案一、采用电路板作为帆板。根据设计需要的要求，电路板需做成宽：10cm，长：15cm；在所拥有的风扇下采取电路板作为帆板，很难满足设计所需达到的角度。考虑风力的大小和自身重力，不宜采用。
方案二、采用泡沫作为帆板。泡沫的体积太轻，很容易满足设计所需要的角度，缺点：泡沫的稳定性不高，干扰成分太多。考虑不稳定性的因素太多此方案不宜采用。
方案三、采用铝板作为帆板。经过多次实验：铝板可以作为帆板使用，能过达到设计所需要的要求，而且铝板的稳定性比较好，抗干扰能力强，受干扰的成分比较小。
综上所述，选择方案三，用铝板作为帆板使用。
1.2.3 系统的组成
经过方案比较与论证，最终确定的系统组成框图如图1.1.1所示。其中的集成电路ATMEGA328单片机驱动液晶显示模块、控制电机驱动改变风扇风力的大小从而改变帆板的角度，角度传感器把接收到的输出信号传送给ATMEGA328单片机进行处理再更新显示。
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图1.1.1 系统组成框图
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PID算法：
由于单片机的处理速度和RAM资源的限制，一般不采用浮点数运算，而将所有参数全部用整数，运算到最后再除以一个2的N次方数据（相当于移位），作类似定点数运算，可大大提高运算速度，根据控制精度的不同要求，当精度要求很高时，注意保留移位引起的“余数”，做好余数补偿。
遇限消弱积分：一旦控制变量进入饱和区，将只执行削弱积分项的运算而停止进行增大积分项的运算。具体地说，在计算Ui时，将判断上一个时刻的控制量Ui-1是否已经超出限制范围，如果已经超出，那么将根据偏差的符号，判断系统是否在超调区域，由此决定是否将相应偏差计入积分项 积分分离法：在基本PID控制中，当有较大幅度的扰动或大幅度改变给定值时， 由于此时有较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下，往往会产生较大的超调量和长时间的波动。特别是对于温度、成份等变化缓慢的过程，这一现象将更严重。为此可以采用积分分离措施，即偏差较大的时，取消积分作用；当偏差较小时才将积分作用投入。 离散化公式：Δu(t) = q0e(t) + q1e(t-1) + q2e(t-2)
当|e(t)|≤β时
q0 = Kp(1+T/Ti+Td/T) q1 = -Kp(1+2Td/T) q2 = Kp Td /T 当|e(t)|＞β时 q0 = Kp(1+Td/T) q1 = -Kp(1+2Td/T) q2 = Kp Td /T
u(t) = u(t-1) + Δu(t)
微分控制对系统性能的影响：微分作用可以改善动态特性，Ｔｄ偏大时，超调量较大，调节时间较短。Ｔｄ偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。只有Ｔｄ合适，才能使超调量较小，减短调节时间。
由于快速傅立叶变换FFT算法设计大量的浮点运算，由于一个浮点占用四个字节，所以要占用大量的内存，同时浮点运算时间很慢，所以采用普通的8位MCU一般难以在一定的时间内完成运算，所以综合内存的大小以及运算速度，采用32位的单片机ATMEGA328，它拥有较大的RAM，并且时钟频率高达16M，所以对于浮点运算不论是在速度上还是在内存上都能够很快的处理。
2. 单元电路设计
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